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Herman

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专业: 高分子合成化学

[交流] 硅烷偶联剂在复合材料，矿物处理，橡胶中的应用

一、玻纤和复合材料
硅烷偶联剂是玻璃纤维增强聚合物的关键成分，玻纤极其亲水，能把水吸附到界面上，如果不用硅烷处理表面，玻璃纤维和树脂之间的结合将变弱，最后导致断裂。
有机硅烷在玻璃纤维中的作用可以归纳为：
（1）在增强复合材料中，改进干、湿态的力学性能使增强复合材料的电气性能稳定
（2）在玻璃纤维增强材料的制造过程中改进加工特性
（3）在复合材料的制造中提高玻璃纤维的改进处理
（4）增加热绝缘玻璃纤维的弹性和强度
硅烷偶联剂在复合材料中形成化学键的作用机理如下图
聚合物和玻璃纤维的表面

（1）多层硅烷覆盖，提供最佳的复合材料性能
（2）硅烷与聚合物在界面发生化学反应的效果是最佳的
除了适合线缆行业聚烯烃和有机橡胶弹性体，还有其他很多种类的热塑性树脂可以用硅烷偶联剂来改性。下表推荐了各种热塑性树脂最适合的硅烷偶联剂品种。

二、矿物和填充物处理
矿物填充物已经逐渐变成重要的有机聚合物添加剂和改性剂，矿物表面的金属羟基是非常亲水的，并且和有机聚合物不共溶性，烷氧基硅烷天生适合处理矿物的表面，使矿物在聚合物中能与更多的成分共容和更容易分散，甚至是使填充物变成增强添加剂，除了在塑料中应用，硅烷改性的矿物在橡胶，特别是轮胎的应用中也变得越来越重要。

表面具有硅和氢氧化铝的矿物极其容易和硅烷结合，用于填充体系的白炭黑（气相法和沉淀法）、玻璃珠、石英、沙子、滑石粉、云母、粘土和硅灰石使用硅烷偶联剂都非常有效。其他含金属羟基材料，如氢氧化镁、氧化铁、氧化铜和氧化锡反应性一般，但也能获得不错的益处，通常硅烷和炭黑、石墨、碳酸钙的结合能力差。

硅烷处理可以通过以下方式改善矿物改性产品的工艺性能、力学性能和耐久性：增强矿物和聚合物之间的粘合改善矿物对聚合物的浸湿性能促进矿物在聚合物中分撒改善电学性能提高机械性能

特定应用中选择适用何种硅烷应该根据所需硅烷的优势特征所决定。所有的烷氧基都可以与矿物填充物表面结合，如果硅烷专为提供表面疏水而设计，那么应选择具有疏水性的硅烷，如甲基、丁基、辛基等，如果硅烷处理专为在聚合物混合物中矿物共容性而设计，那么硅烷上的有机基团的特征应该和聚合物的化学结构相似（如辛基和长链烷基将有助于矿物在聚烯烃混合物中的共容和分散）。如果硅烷处理为了将填充物结合到聚合物上，那么应该选择有机反应硅烷，从化学特性上讲，它将结合到聚合物存在的反应性位点。
下表介绍了矿物填充物的作用

三、橡胶混炼
在橡胶行业，硅烷的独特性质被用于提高性能和改善工艺性能，硅烷在橡胶配方中充当偶联剂和分散剂。
由于在增强型橡胶中使用无机填料取代炭黑带来的好处使硅烷在有机橡胶业中得到了很广泛的应用。和炭黑相比，白炭黑和其他无机填料能使橡胶获得更优异的物理性质和性能，然而要使非炭黑填料起到作用必须用到硅烷偶联剂，为了是无机填料和有机弹性体有效结合，硅烷的使用是其中一个关键因素，机理和前面矿物和填料处理类似，甲氧基或者乙氧基将和白炭黑或者粘土表面强力粘结，有机官能团将和橡胶聚合物键合，机理见图示

上述应用的一个具体例子就是在绿色轮胎中使用白炭黑/硅烷技术，可以对轮胎产生以下影响：增强耐磨性减少滚动阻力、提高燃料经济性、在潮湿和冰雪路面上的抓地力。

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